王冬

（塔里木大學(xué)信息工程學(xué)院，阿拉爾 843300）

《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐

王冬

（塔里木大學(xué)信息工程學(xué)院，阿拉爾 843300）

針對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的硬件核心課程——《計(jì)算機(jī)組成原理》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)置情況，從當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中所遇到的問題出發(fā)，歸納在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的一些不足方面，從如何提高《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生的理論與實(shí)踐結(jié)合能力、創(chuàng)新能力及綜合素質(zhì)的方法和途徑等方面進(jìn)行研究與探索。探討利用EDA技術(shù)在《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中的應(yīng)用。

計(jì)算機(jī)組成原理；教學(xué)模式改革；教學(xué)實(shí)施

0 引言

《計(jì)算機(jī)組成原理》是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，也是一門理論與實(shí)踐結(jié)合很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的關(guān)鍵課程。傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往以理論學(xué)習(xí)為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)只是為驗(yàn)證理論課的某些內(nèi)容而設(shè)立，因此無論是實(shí)踐教學(xué)的學(xué)時(shí)，還是教師和學(xué)生的重視程度，都無法與理論教學(xué)相比。隨著教學(xué)對(duì)實(shí)踐動(dòng)手能力的要求越來越高，要求實(shí)驗(yàn)課的指導(dǎo)教師主動(dòng)通過實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式改革，提高學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合的能力[1]。因此，我們需要分析《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)踐課目前所存在的問題，并且針對(duì)這些問題，提出較好的解決方法，讓《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)踐課更好地發(fā)揮作用，以提高學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合的能力。

1 存在問題

以往的《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)雖然開展順利，但是還是有幾點(diǎn)不足的地方。

（1）教材和實(shí)驗(yàn)設(shè)施落后。處理器技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展很難及時(shí)反映到教材和實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與計(jì)算機(jī)相關(guān)行業(yè)的需求有一定差距的問題。實(shí)驗(yàn)設(shè)備大多由實(shí)驗(yàn)箱構(gòu)成，不能很好地體現(xiàn)硬件的設(shè)計(jì)性，導(dǎo)致學(xué)生硬件設(shè)計(jì)能力不足。

（2）理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)通常較為獨(dú)立，缺乏系統(tǒng)性和連續(xù)性。課程之間重復(fù)內(nèi)容較多，很少考慮相互關(guān)聯(lián)的問題。學(xué)生常常由于孤立知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)而難以達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果，實(shí)驗(yàn)只是對(duì)特定部分知識(shí)或技能的理解和應(yīng)用，很難形成綜合性的系統(tǒng)開發(fā)和創(chuàng)新能力。

（3）大多數(shù)學(xué)生沒有認(rèn)清到實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)課程教學(xué)過程中的重要作用，存在“輕實(shí)驗(yàn)”的思想[2]。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)課中，大多數(shù)學(xué)生往往不是很清楚該實(shí)驗(yàn)所要達(dá)到的目的，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容認(rèn)識(shí)模糊，只是機(jī)械地按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟完成電路連接、填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，往往把所有實(shí)驗(yàn)同等對(duì)待，實(shí)驗(yàn)過程不求甚解，使得真正的實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟⑽催_(dá)到。

2 改革思路與實(shí)踐

2.1 建立新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

根據(jù)該課程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模塊化特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)度安排上采用循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)方式，將實(shí)驗(yàn)進(jìn)度分為基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次（如表1所示），形成從部分到整體、使學(xué)生從接受知識(shí)型到綜合能力型逐級(jí)提高的實(shí)驗(yàn)體系，形成新的《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[3]。

表1 三層實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

首先是基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，該類實(shí)驗(yàn)主要涉及課程的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘箤W(xué)生驗(yàn)證、理解、鞏固，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)設(shè)備、開發(fā)工具的操作能力，加深對(duì)基本教學(xué)內(nèi)容的理解。

其次是設(shè)計(jì)應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)。該類實(shí)驗(yàn)主要是培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和獨(dú)立工作的能力。實(shí)驗(yàn)以“任務(wù)”或“課題”形式提出實(shí)驗(yàn)要求和具體的實(shí)驗(yàn)成果，要求學(xué)生能夠明確任務(wù)，通過查閱有關(guān)資料，掌握實(shí)驗(yàn)所涉及的知識(shí)，并能綜合利用這些知識(shí)來設(shè)計(jì)、開發(fā)并最終完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

最后是綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。該類實(shí)驗(yàn)旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)知識(shí)與技術(shù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生帶著問題自主學(xué)習(xí)的能力。在實(shí)驗(yàn)過程中畫出必要的實(shí)驗(yàn)原理圖，尋求各種解決問題的方法。從原理、方法和使用工具等多方面提出完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的依據(jù)及實(shí)驗(yàn)步驟，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)、分析和總結(jié)。

2.2 EDA、MCAI技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合

隨著VHDL語言硬件類語言工具性能的提高，以及EDA技術(shù)、多媒體技術(shù)的發(fā)展，在《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)和多媒體，利用EDA實(shí)現(xiàn)《計(jì)算機(jī)組成原理》虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過軟件技術(shù)模擬出真實(shí)的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，可有效解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備易損壞，實(shí)驗(yàn)的空間、時(shí)間等因素的限制。利用MCAI技術(shù)，能夠創(chuàng)設(shè)形象、生動(dòng)和直觀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情景，有利于溝通知識(shí)之間、圖形之間的聯(lián)系，增強(qiáng)趣味性，吸引學(xué)生的注意力，并及時(shí)反饋學(xué)習(xí)信息，真正做到實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)之間信息的交流[4]。例如，在移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)中，利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以模擬傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱上通過撥動(dòng)按鍵開關(guān)完成的數(shù)據(jù)輸入、狀態(tài)設(shè)置的操作，并直接通過軟件界面直接查看運(yùn)行結(jié)果，而不是再在實(shí)驗(yàn)箱的LED燈查看結(jié)果，如圖1所示。

圖1 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)例

3 教學(xué)實(shí)施

為保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際效果，在實(shí)驗(yàn)過程中，采用啟發(fā)式、引導(dǎo)式、探討式的互動(dòng)教學(xué)，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和過程，注重基礎(chǔ)知識(shí)和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)綜合能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，使學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能夠較好地聯(lián)系起來，并加深理解[5]。同時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定方法包括實(shí)驗(yàn)操作能力及原始記錄（50%）、預(yù)習(xí)及回答提問（20%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（20%）、實(shí)驗(yàn)考勤（10%）作為最后實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核依據(jù)。

在《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，必須加強(qiáng)教師的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，規(guī)范實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可根據(jù)本專業(yè)特點(diǎn)選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，增加實(shí)驗(yàn)的靈活性、自由性，突出學(xué)生計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。通過工程實(shí)訓(xùn)或者畢業(yè)設(shè)計(jì)等相關(guān)活動(dòng)，從而使學(xué)生進(jìn)一步掌握計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)的方法和思想，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力；在學(xué)校學(xué)院的支持下組成團(tuán)隊(duì)引導(dǎo)學(xué)生參加計(jì)算機(jī)軟件大賽、電子設(shè)計(jì)大賽、嵌入式設(shè)計(jì)大賽等創(chuàng)新活動(dòng)中，提高在校學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

4 結(jié)語

我們通過對(duì)《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐，使得學(xué)生進(jìn)一步理解了計(jì)算機(jī)整機(jī)的概念，并增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)施以及和虛擬技術(shù)的“軟”/“硬”結(jié)合，保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)際效果。

[1] 劉全利，黃賢英，楊宏雨.計(jì)算機(jī)組成原理課程群建設(shè)的探討[J].科技信息，2008（4）：9,47

[2] 鄭均輝趙凱.《計(jì)算機(jī)組成原理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究[J].黑龍江科技信息，2011（33）：250

[3] 李彩虹，等．《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式探討與實(shí)踐[J]．高等理科教育，2006（2）：74～75

[4] 王冬.計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在《計(jì)算機(jī)組成原理》課程教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].科教導(dǎo)刊2014（9）：119～121

[5] 李宜芳,王元元.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課考核體系的改革與實(shí)踐[J].廣州化工，2010，38（7）：278～279

Research and Practice of Teaching Reformation of Principle of Computer Composition Experiment

WANG Dong
（College of Information Engineering,Tarim University,Alar 843300）

Aiming at the setting up of the computer science and technology professional hardware core curriculum，Principles of Computer Composition experimental teaching,starts from the experimental teaching process encountered problems in current,inductive in some disadvantages of traditional experiment teaching,from how to improve the study and exploration of Principle of Computer Composition experiment teaching quality,theory and practice of improving the students with methods and ways of ability,innovation ability and comprehensive quality etc..Discusses the application of Principle of Computer Composition experiment teaching of computer by using EDA technology.

Principlesof Computer Composition;Reformation of Teaching Mode;Teaching Practice

1007-1423（2015）06-0050-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.06.012

王冬（1980-），男，四川南充人，研究生，講師，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)開發(fā)

2015-01-04

2015-02-01

塔里木大學(xué)高等教育教學(xué)研究課題（No.TDGJ1308）